量子反?；舳?yīng)

1、量子反?；舳?yīng),一）霍耳效應(yīng),1897年美國科學家霍耳發(fā)現(xiàn)，當電流通過在磁場中的導體板時，如圖導體板兩側(cè)a、b上產(chǎn)生電勢差UH，這就是所謂的霍耳效應(yīng)，該電勢差叫做霍耳電壓,利用洛侖茲力與電場力平衡 quB=qUH/l 而 I=ldnqu 或u=I/ldqn 因此 UH=BI/nqd=1/nqBI/d=kBI/d 其中n為單位體積內(nèi)的載流子數(shù) k稱為霍耳系數(shù)，與n成反比 金屬的k很?。ㄒ騨很大） 半導體的k大很多（因n較小），半導體材料制成的霍耳片可作各種測量，如B，T，V等,二）量子霍耳效應(yīng),20世紀70年代以來，半導體技術(shù)發(fā)展很快，半導體物理學中興起一個嶄新的領(lǐng)域 -二維電子系統(tǒng)。 特點：

2、在薄層內(nèi)的電子被限制在很窄的勢阱中，因此在與表面垂直方向上，形成一系列的能級，運動狀態(tài)是量子化的，而在與表面平行方向上的電子運動是完全自由的,霍耳電阻,在半導體中常把霍耳電壓與垂直于霍耳電場方向的電流之比稱為該樣品的霍耳電阻RH，即 RH=UH/I=1/nqB/d=B/nsq 其中ns=nd為載流子的面密度 1980年德國維爾茲堡大學的年青物理學家克里青在低溫（約幾K）、強磁場（約1T-10T）下研究二維電子系統(tǒng)的霍耳效應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)霍電阻并不象以上經(jīng)典公式指出的與磁場B成線性壇長，而是有規(guī)律地成臺階形上升，臺階的高度為一個物理常數(shù)h/e2除以整數(shù)i，即,RH=B/nse=h/ie2 i=1，2，

3、3 式中h為普朗克常數(shù)，e為電子電荷 RH與樣品的種類、結(jié)構(gòu)、尺寸都無關(guān) 這一現(xiàn)象稱 量子霍耳效應(yīng),電阻單位的新基準,國際計量委員會下屬電學咨詢委員會（CCE）決定：從1990年起國際上將以量子霍耳效應(yīng)所得的量子霍耳電阻h/e2來代表歐姆的國家參考基準，其值為95812.807。 *算一算h/e2的單位是不是電阻的單位歐姆 h/e2=Js/C2=V/A,分數(shù)量子霍耳效應(yīng),1982年美國貝爾實驗室的美藉華裔科學家崔琦等人在研究極低溫（約0.1K）、超強磁場（大于10T）下的二維電子系統(tǒng)的霍耳效應(yīng)時又發(fā)現(xiàn)量子霍耳電阻的量子數(shù)還可取分母為奇數(shù)的分數(shù)，即i=1/3，2/3，2/5，3/5，4/5這種量

4、子現(xiàn)象稱為分數(shù)量子霍耳效應(yīng)，而把以上取整數(shù)的稱為整數(shù)量子霍耳效應(yīng)。 分數(shù)量子霍耳效應(yīng)是一種全新的量子現(xiàn)象，他的理論解釋導致了人們對宏觀量子現(xiàn)象的一大突破,量子霍耳效應(yīng)的相關(guān)研究已三獲諾貝爾物理獎,1985年德國克里青 整數(shù)量子霍耳效應(yīng) 1998年美國崔琦、施特默、勞克林 分數(shù)量子霍耳效應(yīng) 2010年英國安德烈海姆、康斯坦丁諾沃肖洛夫 2005年發(fā)現(xiàn)石墨烯中的半整數(shù)量子霍耳效應(yīng),三）量子反?；舳?yīng),在鐵磁性材料中，無需外加電場也會產(chǎn)生霍耳效應(yīng)-1880年霍耳的又一個發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)象稱為反?；舳?yīng)。 1988年有人現(xiàn)出可能存在不需要外加磁場的量子霍耳效應(yīng)-量子反?；舳?yīng)。但許多年過去了這方面的

5、研究，一直沒有取得突破，進展甚微,中國科學家的重大突破,2010年，我國理論物理學家方忠、載希等與拓撲絕緣體開拓者張首晟合作，提出了磁性摻雜的三維拓撲絕緣體可能是實現(xiàn)量子反?；舳?yīng)的最佳體系。 2012年10月，中科院院士、清華大學物理系教授薛其坤為首的團隊，終于成功觀測到了量子反常霍耳效應(yīng)。他們經(jīng)過四年的努力，生長測量了1000多個樣品，利用分子束外延方法，生長出了高質(zhì)量的Cr摻雜（Bi，Sb）的拓撲絕緣體薄膜，此材料在零磁場中的反?；舳娮柽_到了量子霍耳電阻的特征值h/e2（25800），終于在實驗上觀測到了這一特別的量子現(xiàn)象。 美國科學雜志2013年3月14日在線發(fā)表了這一研究成果,量子反常霍爾效應(yīng)示意圖,評價,這個研究成果是從中國實驗室里，